[发明专利]氧化镎靶件芯块制备工艺

说明书

本发明属于核材料制备领域。为解决现有氧化镎靶件制备工艺中存在的总体镎装载量较低，生产成本较高，工艺较为复杂等问题，本发明提供了一种氧化镎靶件芯块制备工艺。该工艺包括以下步骤：(一)取氧化镎粉末与氧化镁粉末作为靶件芯块原料；(二)取出部分氧化镎粉末与氧化镁粉末混合，得到初混粉末；(三)加入剩余的氧化镎粉末和硬脂酸继续混合，得到混合粉末；(四)冷压成型，制成靶件芯块生坯；(五)无压烧结，制得氧化镎靶件芯块。本发明的制备工艺具有工艺流程简单，成本低等优点，所制得的氧化镎靶件芯块总体镎装载量高，中子利用率高，且具备较高热导率，在堆内辐照性能好，便于化学溶解提取，适用于²³⁸Pu燃料的大规模生产。

技术领域

本发明属于核材料制备领域，特别涉及一种氧化镎靶件芯块制备工艺。

背景技术

²³⁸Pu是空间核能领域的一种重要核材料，是开展空间活动所需的放射性同位素电源和热源的理想燃料。以美国为例，在过去60年的空间探索任务中，其发射的空间飞行器上搭载的42个放射性同位素电源系统均选择了²³⁸Pu作为燃料。

目前，²³⁸Pu的生产主要通过在反应堆中辐照²³⁷Np的方式来实现，其原理为：²³⁷Np在中子辐照下发生(n,γ)反应产生²³⁸Np核素，产生的²³⁸Np发生β衰变生成²³⁸Pu。

基于以上原理，美国萨凡纳河实验室发展了NpO₂-Al弥散靶件制备工艺(注：下文中Np均特指²³⁷Np)，其主要制备流程如下：首先将原始氧化镎经过溶解、除杂和氧化等化学过程制成纯化氧化镎粉末；然后将氧化镎粉末和Al粉按1:4体积比混合，经热挤压制成环形靶件芯体；最后将芯体组装制成靶件。然而该工艺较为复杂，靶件为环形且氧化镎粉末只占靶件芯体的20％，使得总体镎装载量较低，导致²³⁸Pu产量也较低，生产成本较高。

美国于1988年停止生产²³⁸Pu，并于1996年萨凡纳河K反应堆关闭后丧失了大规模²³⁸Pu的生产能力。2013年，美国能源部重启了²³⁸Pu的生产，目前仍选用了较为成熟的NpO₂-Al弥散靶件制备工艺，而与镎靶件相关的陶瓷靶、液体靶等新工艺的开发工作也在进行之中，截至目前未见成熟的工艺公开发表。

发明内容

为解决现有氧化镎靶件制备工艺中存在的总体镎装载量较低，生产成本较高，工艺较为复杂等问题，本发明提供了一种氧化镎靶件芯块制备工艺。该工艺包括以下步骤：

(一)根据需要取氧化镎粉末与氧化镁粉末作为靶件芯块原料，其中，氧化镁粉末的质量占二者总质量的1-10％；

(二)在所述氧化镎粉末中，取出占所述氧化镁粉末质量0.5-4倍的氧化镎粉末，将取出的氧化镎粉末与所述氧化镁粉末在三维运动混合机内混合4h以上，得到初混粉末；

(三)将剩余的氧化镎粉末和硬脂酸加入三维运动混合机内，使之与前述初混粉末继续混合2h以上，得到混合粉末；其中，硬脂酸的加入量占全部氧化镎粉末与氧化镁粉末总质量的0.2-0.8％；

(四)采用300～600MPa压力对所述混合粉末进行冷压成型，保压时间30-120s，制成靶件芯块生坯；

(五)在保护气氛条件下，采用无压烧结工艺对制得的靶件芯块生坯进行烧结，烧结温度为1550～1850℃，制得氧化镎靶件芯块。

所述保护气氛可以采用惰性气体保护或真空保护。

所述保护气氛优选为Ar-5vol％H₂还原性保护气氛。